β-гидроксибутирическая кислота

β-гидроксибутирическая кислота
Имена
	Предпочтительное имя IUPAC 3-гидроксибутановая кислота
Идентификаторы
Номер CAS	300-85-6 ;
3D model ( JSmol )	Интерактивное изображение ; Интерактивное изображение ;
3dmet	B00239 ;
Бейльштейн ссылка	773861
Чеби	Chebi: 20067 ;
Химический	Chembl1162496 ;
Chemspider	428 ;
Echa Infocard	100.005.546
Iuphar/bps	1593 ;
Кегг	C01089 ;
Сетка	Бета-гидроксибутират
PubChem CID	441 ;
НЕКОТОРЫЙ	TZP1275679 ;
Comptox Dashboard ( EPA )	DTXSID60859511 ;
	показывать Дюймы
	показывать Улыбается
Характеристики
Химическая формула	C 4 H 8 O 3
Молярная масса	104.105 g·mol −1
Появление	белое твердое вещество
Точка плавления	44-46
Связанные соединения
Другие анионы	Гидроксибутират
Связанные карбоновые кислоты	пропионовая кислота ; молочная кислота ; 3-гидроксипропановая кислота ; Малонольная кислота ; Гидроксипентановая кислота ; батарикальная кислота ; β-метилбутирическая кислота ; β-гидрокси β-метилбутирическая кислота
Связанные соединения	эритроз ; Создание ; 1,2-бутандиол ; 1,3-бутандиол ; 2,3-бутандиол ; 1,4-бутандиол
	За исключением случаев, когда отмечены, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа). Проверьте ( что есть ?) Infobox ссылки

β-гидроксибутирическая кислота , также известная как 3-гидроксибутирическая кислота или BHB , является органическим соединением и бета-гидрокси кислотой с химической формулой CH ₃ CH (OH) CH ₂ CO ₂ H; Его конъюгатным основанием является β-гидроксибутират , также известный как 3-гидроксибутират . β-гидроксибутирическая кислота представляет собой хиральное соединение с двумя энантиомерами : D -β-гидроксибутирическая кислота и L -β-гидроксибутирическая кислота. Его окисленные и полимерные производные широко встречаются в природе. У людей D -β -гидроксибутирическая кислота является одним из двух первичных эндогенных агонистов рецептора 2 гидроксикарбороночной кислоты 2 (HCA ₂ ), G _{-соединенного} GPCR G -белкового рецептора ). ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]}

Биосинтез

In humans, D -β-hydroxybutyrate can be synthesized in the liver via the metabolism of fatty acids (eg, butyrate ), β-hydroxy β-methylbutyrate , and ketogenic amino acids through a series of reactions that metabolize these compounds into acetoacetate , which это первое кетоновое тело , которое производится в состоянии поста . Биосинтез D -β-гидроксибутирата из ацетоацетата катализируется β-гидроксибутиратом дегидрогеназной фермента .

Бутират также можно метаболизировать в D -β -гидроксибутират через второй метаболический путь , который не включает ацетоацетат в качестве метаболического промежуточного звена. Этот метаболический путь выглядит следующим образом: ^{[ 3 ]}

Butyrate → Butyryl-CoA → кротонил-коа → β-гидроксибутирил-коа → поли-β-гидроксибутират → d -β- ( d -β-гидроксибутирилокси ) -бутират → d -Хидроксирата

Последняя реакция в этом метаболическом пути, которая включает в себя превращение D -β- ( D -β -гидроксибутирилоксилокси ) -бутирата в D -β -гидроксибутират , катализируется гидролазой -гидролазой гидролазы гидролазы. ^{[ 3 ]}

Концентрация β-гидроксибутирата в плазме крови человека, как и в случае с другими кетоновыми телами , увеличивается за счет кетоза . ^{[ 4 ]} Этот повышенный уровень β-гидроксибутирата, естественно, ожидается, поскольку β-гидроксибутират образуется из ацетоацетата. Соединение можно использовать в качестве источника энергии мозгом и скелетными мышцами, когда глюкоза в крови низкая. ^{[ 5 ]}^{[ 6 ]}^{[ 7 ]}^{[ 8 ]} Пациенты с диабетом могут протестировать уровень кетона с помощью мочи или крови, чтобы указывать на диабетический кетоацидоз . При алкогольном кетоацидозе это кетоновое тело вырабатывается в наибольшей концентрации. Кетогенез возникает, если оксалоацетат в клетках печени истощается, обстоятельство, вызванное снижением потребления углеводов (посредством диеты или голода); длительное, чрезмерное алкоголя потребление ; и/или дефицит инсулина. Поскольку оксалоацетат имеет решающее значение для проникновения ацетил-КоА в цикл TCA, быстрое выработка ацетил-КоА из окисления жирных кислот в отсутствие достаточного количества оксалоацетата перегружена уменьшенной способностью цикла TCA, а результирующее избыток ацетил-Коа является Шанк к производству тела кетона. ^{[ Цитация необходима ]}

Метаболизм лейцина у людей

L -Leucine

Разветвленная цепь амино
кислотная аминотрансфераза

Мышца : α-кетоизокапроат (α-KIC)

Печень : α-кетоизокапроат (α-KIC)

Α-кетоцид разветвленной цепи
дегидрогеназа ( митохондрия )

Кик-диоксигеназа
( Cytosol )

Isovaleryl-coa

β-гидрокси
β-метилбутират
( HMB )

Выводится
в моче
(10–40%)

HMB-COA

β-гидрокси β-метилглютарил-CoA
(HMG-COA)

β-метилкротонил-КоА
(MC-COA)

β-метилглютаконил-КоА
(MG-CO)

( печень )
HMG-COA
Лайаз

Enoyl-CoA гидратаза

Isovaleryl-coa
дегидрогеназа

β-гидроксибутират
дегидрогеназа

Неизвестный
фермент

^{[ Примечание 1 ]}

Ацетоацетат, метаболический предшественник β-гидроксибутирата, представляет собой метаболит жирных кислот , кетогенных аминокислот, таких как лейцин ^{[ 11 ]} и изолейцин , ^{[ 11 ]} и β-гидрокси β-метилбутират

Биологическая активность

D -β -гидроксибутирическая кислота, наряду с бутирической кислотой , являются двумя первичными эндогенными агонистами рецептора 2 гидроксикарбороночной кислоты (HCA ₂ ), G _/ вывода GPCR . ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]}^{[ 12 ]}

β-гидроксибутирическая кислота способна пересекать кроваво-мозговую барьер в центральную нервную систему . ^{[ 13 ]} Уровни β-гидроксибутирической кислоты увеличиваются в печени , сердце , мышцах , мозге и других тканях с физическими упражнениями , ограничением калорий , голодением и кетогенными диетами . ^{[ 13 ]} Было обнаружено, что соединение действует как ингибитор гистондеацетилазы (HDAC) . ^{[ 13 ]} фактора уровень нейротрофического ( BDNF Было обнаружено, что через ингибирование β-гидроксибутирической кислоты и HDAC3 и HDAC3 класса HDAC и HDAC3 увеличивает ) , полученных из мозга (BDNF) и TRKB передачу сигналов в гиппокампе . ^{[ 13 ]} Более того, исследование грызунов показало, что длительные физические упражнения увеличивают концентрации β-гидроксибутирата в плазме, которые индуцируют промоторы гена BDNF в гиппокампе. ^{[ 13 ]} Эти результаты могут иметь клиническую значимость при лечении депрессии , тревоги и когнитивных нарушений . ^{[ 13 ]}

У пациентов с эпилепсией на кетогенной диете уровни β-гидроксибутирата в крови коррелируют лучше всего со степенью контроля судорог . Порог для оптимального противосудорожного эффекта, по -видимому, составляет приблизительно 4 ммоль/л. ^{[ 14 ]}

Лабораторная и промышленная химия

β-гидроксибутирическая кислота является предшественником полиэфиров, которые являются биоразлагаемыми пластиками . Этот полимер, поли (3-гидроксибутират) , также естественно продуцируется бактериями alcaligenes eutrophus . ^{[ 15 ]}

β-гидроксибутират может быть извлечен из поли (3-гидроксибутирата) с помощью кислотного гидролиза . ^{[ 16 ]}

Концентрация β-гидроксибутирата в плазме крови измеряется с помощью теста, в котором используется β-гидроксибутиратдегидрогеназа , с NAD ⁺ как электрон-акцентирующий кофактор. Преобразование β-гидроксибутирата в ацетоацетат, который катализируется этим ферментом, уменьшает NAD ⁺ к NADH , генерируя электрические изменения; Величина этого изменения может затем использоваться для экстраполяции количества β-гидроксибутирата в образце.

Смотрите также

Примечания

^ Эта реакция катализируется неизвестным ферментом тиоэстеразы . ^{[ 9 ]}^{[ 10 ]}

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^{беременный} Spertmanns S, Colletti SL, Lovenberg TW, Semple G, Wise A, Ijzerman AP (июнь 2011 г.). «Международный союз базовой и клинической фармакологии. LXXXII: номенклатура и классификация рецепторов гидроксилочной кислоты (GPR81, GPR109A и GPR109B)» . Фармакологические обзоры . 63 (2): 269–290. doi : 10.1124/pr.110.003301 . PMID 21454438 .
^ Jump up to: ^а ^{беременный} Spertmanns S, Colletti SL, Ijzerman AP, Lovenberg TW, Semple G, Wise A, Waters Mg. «Рецепторы гидроксикарбороночной кислоты» . Руководство IUPHAR/BPS по фармакологии . Международный союз базовой и клинической фармакологии . Получено 13 июля 2018 года .
^ Jump up to: ^а ^{беременный} «Метаболизм бутаноата - контрольный путь» . Киотская энциклопедия генов и геномов . Kanehisa Laboratories. 1 ноября 2017 года . Получено 1 февраля 2018 года .
^ Перелас А, Staros EB (30 октября 2015 г.). «Бета-гидроксибутират» . Medscape . Webmd LLC . Получено 8 февраля 2017 года .
^ Оуэн О.Е., Морган А.П., Кемп Х.Г., Салливан Дж.М., Эррера М.Г., Кэхилл Гф (октябрь 1967 г.). «Метаболизм мозга во время поста» . Журнал клинических исследований . 46 (10): 1589–1595. doi : 10.1172/jci105650 . PMC 292907 . PMID 6061736 .
^ Эванс Э., Вальхин Дж.П., Хенгист А., Беттс Дж.А., Дидж -Дидж, Гонсалес Дж. Т. (январь 2023 г.). «Кетоновое моноэфир увеличивает концентрации эритропоэтина в сыворотке после тренировки у здоровых мужчин» . Американский журнал физиологии. Эндокринология и метаболизм . 324 (1): E56 - E61. doi : 10.1152/ajpendo.00264.2022 . PMC 9870573 . PMID 36449571 .
^ Cahill GF (2006-08-01). «Топливный метаболизм в голоде». Ежегодный обзор питания . 26 (1): 1–22. doi : 10.1146/annurev.nutr.26.061505.111258 . PMID 16848698 .
^ Mikkelsen KH, Seifert T, Secher NH, Grøndal T, Van Hall G (февраль 2015 г.). «Системные, церебральные и скелетные кетоновые мышцы и энергетический метаболизм во время острого гипер-D-β-гидроксибутиратемии при пост-абсорбционных здоровых мужчинах» . Журнал клинической эндокринологии и метаболизма . 100 (2): 636–643. doi : 10.1210/jc.2014-2608 . PMID 25415176 .
^ «Кегг реакция: R10759» . Киотская энциклопедия генов и геномов . Kanehisa Laboratories . Получено 24 июня 2016 года .
^ Mock DM, Stratton SL, Horvath TD, Bogusiewicz A, Matthews NI, Henrich CL, Dawson AM, Spencer HJ, Owen SN, Boysen G, Moran JH (ноябрь 2011). «Вывод мочи 3-гидроксизолловой кислоты и 3-гидроксизоллерила карнитина увеличивается в ответ на линию лейцина у незначительно дефицитных биотиновых людей» . Первичный источник. Журнал питания . 141 (11): 1925–1930. doi : 10.3945/jn.111.146126 . PMC 3192457 . PMID 21918059 . Метаболические нарушения отвлекают метилкротонил COA к 3-гидроксизоллериле COA в реакции, катализируемой эноил-КоА гидратазой (22, 23). 3-гидроксизолэриориновое накопление COA может ингибировать клеточное дыхание либо непосредственно, либо через влияние на соотношения ацила COA: свободный COA, если дальнейший метаболизм и детоксикация 3-гидроксизоллерила COA не возникает (22). Передача в карнитин с помощью 4 трансфератов ацил-КоА карнитина, распределенных в субклеточных компартментах, вероятно, служит важным резервуаром для ацильных фрагментов (39–41). 3-гидроксизоллерил COA, вероятно, детоксифицируется с помощью карнитиноацетилтрансферазы 3HIA-карнитина, который транспортируется через внутреннюю митохондриальную мембрану (и, следовательно, эффективно из митохондрий) через транс-трансазу карнитин-ацилкарнитин (39). Считается, что 3HIA-карнитин либо непосредственно деацилируется гидролазой до 3HIA, либо проходил второй обмен COA, чтобы снова обратиться к 3-гидроксизоальным COA с последующим выбросом 3HIA и Free COA с помощью тиоэстеразы.
^ Jump up to: ^а ^{беременный} «Деградация валина, лейцина и изолецина - эталонный путь» . Киотская энциклопедия генов и геномов . Kanehisa Laboratories. 27 января 2016 года . Получено 1 февраля 2018 года .
^ Jump up to: ^а ^{беременный} «β-D-гидроксибутирическая кислота: биологическая активность» . Руководство IUPHAR/BPS по фармакологии . Международный союз базовой и клинической фармакологии . Получено 5 февраля 2018 года .
^ Jump up to: ^а ^{беременный} ^в ^{дюймовый} ^и ^фон Слейман С.Ф., Генри Дж., Аль-Хаддад Р., Эль Хайек Л., Абу Хайдар Е., Стрингер Т. и др. (Июнь 2016 г.). «Упражнения способствуют экспрессии нейротрофического фактора, полученного в мозге (BDNF) посредством действия β-гидроксибутирата тела кетона» . элиф . 5 doi : 10.7554/elife.15092 . PMC 4915811 . PMID 27253067 .
^ Гилберт Д.Л., Пайзик П.Л., Фриман Дж. М. (декабрь 2000 г.). «Кетогенная диета: контроль судорог лучше коррелирует с бета-гидроксирутиратом сыворотки, чем с кетонами мочи». Журнал детской неврологии . 15 (12): 787–790. doi : 10.1177/088307380001501203 . PMID 11198492 . S2CID 46659339 .
^ Doi Y, Kunioka M, Nakamura Y, Soga K (1988). «Ядерные магнитно-резонансные исследования на необычных бактериальных сополиэстерах 3-гидроксибутирата и 4-гидроксибутирата». Макромолекулы . 21 (9): 2722–2727. Bibcode : 1988mamol..21.2722d . doi : 10.1021/ma00187a012 .
^ Seebach D, Beck AK, Breitschuh R, Job K (апрель 1993 г.). «Прямая деградация биополимерной поли [( r ) -3-гидроксибутрурийной кислоты на ( r ) -3-гидроксибутановую кислоту и ее метиловый эфир». Органические синтезы . 71 : 39. doi : 10.15227/orgsyn.071.0039 .

[11] Эта реакция катализируется неизвестным ферментом тиоэстеразы . ^{[ 9 ]}^{[ 10 ]}

[IUPHAR's_comprehensive_2011_review_on_HCARs-1] Jump up to: ^а ^{беременный} Spertmanns S, Colletti SL, Lovenberg TW, Semple G, Wise A, Ijzerman AP (июнь 2011 г.). «Международный союз базовой и клинической фармакологии. LXXXII: номенклатура и классификация рецепторов гидроксилочной кислоты (GPR81, GPR109A и GPR109B)» . Фармакологические обзоры . 63 (2): 269–290. doi : 10.1124/pr.110.003301 . PMID 21454438 .

[IUPHAR-DB_HCAR_family_page-2] Jump up to: ^а ^{беременный} Spertmanns S, Colletti SL, Ijzerman AP, Lovenberg TW, Semple G, Wise A, Waters Mg. «Рецепторы гидроксикарбороночной кислоты» . Руководство IUPHAR/BPS по фармакологии . Международный союз базовой и клинической фармакологии . Получено 13 июля 2018 года .

[Butyrate_metabolism-3] Jump up to: ^а ^{беременный} «Метаболизм бутаноата - контрольный путь» . Киотская энциклопедия генов и геномов . Kanehisa Laboratories. 1 ноября 2017 года . Получено 1 февраля 2018 года .

[Medscape2015-4] Перелас А, Staros EB (30 октября 2015 г.). «Бета-гидроксибутират» . Medscape . Webmd LLC . Получено 8 февраля 2017 года .

[5] Оуэн О.Е., Морган А.П., Кемп Х.Г., Салливан Дж.М., Эррера М.Г., Кэхилл Гф (октябрь 1967 г.). «Метаболизм мозга во время поста» . Журнал клинических исследований . 46 (10): 1589–1595. doi : 10.1172/jci105650 . PMC 292907 . PMID 6061736 .

[6] Эванс Э., Вальхин Дж.П., Хенгист А., Беттс Дж.А., Дидж -Дидж, Гонсалес Дж. Т. (январь 2023 г.). «Кетоновое моноэфир увеличивает концентрации эритропоэтина в сыворотке после тренировки у здоровых мужчин» . Американский журнал физиологии. Эндокринология и метаболизм . 324 (1): E56 - E61. doi : 10.1152/ajpendo.00264.2022 . PMC 9870573 . PMID 36449571 .

[7] Cahill GF (2006-08-01). «Топливный метаболизм в голоде». Ежегодный обзор питания . 26 (1): 1–22. doi : 10.1146/annurev.nutr.26.061505.111258 . PMID 16848698 .

[8] Mikkelsen KH, Seifert T, Secher NH, Grøndal T, Van Hall G (февраль 2015 г.). «Системные, церебральные и скелетные кетоновые мышцы и энергетический метаболизм во время острого гипер-D-β-гидроксибутиратемии при пост-абсорбционных здоровых мужчинах» . Журнал клинической эндокринологии и метаболизма . 100 (2): 636–643. doi : 10.1210/jc.2014-2608 . PMID 25415176 .

[HMB-CoA_⇔_HMB-9] «Кегг реакция: R10759» . Киотская энциклопедия генов и геномов . Kanehisa Laboratories . Получено 24 июня 2016 года .

[pmid21918059-10] Mock DM, Stratton SL, Horvath TD, Bogusiewicz A, Matthews NI, Henrich CL, Dawson AM, Spencer HJ, Owen SN, Boysen G, Moran JH (ноябрь 2011). «Вывод мочи 3-гидроксизолловой кислоты и 3-гидроксизоллерила карнитина увеличивается в ответ на линию лейцина у незначительно дефицитных биотиновых людей» . Первичный источник. Журнал питания . 141 (11): 1925–1930. doi : 10.3945/jn.111.146126 . PMC 3192457 . PMID 21918059 . Метаболические нарушения отвлекают метилкротонил COA к 3-гидроксизоллериле COA в реакции, катализируемой эноил-КоА гидратазой (22, 23). 3-гидроксизолэриориновое накопление COA может ингибировать клеточное дыхание либо непосредственно, либо через влияние на соотношения ацила COA: свободный COA, если дальнейший метаболизм и детоксикация 3-гидроксизоллерила COA не возникает (22). Передача в карнитин с помощью 4 трансфератов ацил-КоА карнитина, распределенных в субклеточных компартментах, вероятно, служит важным резервуаром для ацильных фрагментов (39–41). 3-гидроксизоллерил COA, вероятно, детоксифицируется с помощью карнитиноацетилтрансферазы 3HIA-карнитина, который транспортируется через внутреннюю митохондриальную мембрану (и, следовательно, эффективно из митохондрий) через транс-трансазу карнитин-ацилкарнитин (39). Считается, что 3HIA-карнитин либо непосредственно деацилируется гидролазой до 3HIA, либо проходил второй обмен COA, чтобы снова обратиться к 3-гидроксизоальным COA с последующим выбросом 3HIA и Free COA с помощью тиоэстеразы.

[HMG_biosynthesis-12] Jump up to: ^а ^{беременный} «Деградация валина, лейцина и изолецина - эталонный путь» . Киотская энциклопедия генов и геномов . Kanehisa Laboratories. 27 января 2016 года . Получено 1 февраля 2018 года .

[β-D-hydroxybutyric_acid_IUPHAR-13] Jump up to: ^а ^{беременный} «β-D-гидроксибутирическая кислота: биологическая активность» . Руководство IUPHAR/BPS по фармакологии . Международный союз базовой и клинической фармакологии . Получено 5 февраля 2018 года .

[pmid27253067-14] Jump up to: ^а ^{беременный} ^в ^{дюймовый} ^и ^фон Слейман С.Ф., Генри Дж., Аль-Хаддад Р., Эль Хайек Л., Абу Хайдар Е., Стрингер Т. и др. (Июнь 2016 г.). «Упражнения способствуют экспрессии нейротрофического фактора, полученного в мозге (BDNF) посредством действия β-гидроксибутирата тела кетона» . элиф . 5 doi : 10.7554/elife.15092 . PMC 4915811 . PMID 27253067 .

[pmid11198492-15] Гилберт Д.Л., Пайзик П.Л., Фриман Дж. М. (декабрь 2000 г.). «Кетогенная диета: контроль судорог лучше коррелирует с бета-гидроксирутиратом сыворотки, чем с кетонами мочи». Журнал детской неврологии . 15 (12): 787–790. doi : 10.1177/088307380001501203 . PMID 11198492 . S2CID 46659339 .

[16] Doi Y, Kunioka M, Nakamura Y, Soga K (1988). «Ядерные магнитно-резонансные исследования на необычных бактериальных сополиэстерах 3-гидроксибутирата и 4-гидроксибутирата». Макромолекулы . 21 (9): 2722–2727. Bibcode : 1988mamol..21.2722d . doi : 10.1021/ma00187a012 .

[17] Seebach D, Beck AK, Breitschuh R, Job K (апрель 1993 г.). «Прямая деградация биополимерной поли [( r ) -3-гидроксибутрурийной кислоты на ( r ) -3-гидроксибутановую кислоту и ее метиловый эфир». Органические синтезы . 71 : 39. doi : 10.15227/orgsyn.071.0039 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ Примечание 1 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]

[ 9 ]

[ 10 ]